(57)【要約】【課題】  制御軸の作動角によって往復子のねじリード角を規定することにより、特別な部材を用いることなく、制御軸が最大・最少の作動角以上作動したときにおける往復子のロック状態を回避する。【解決手段】  クランクシャフトと平行に配設され偏心カムが設けられた制御軸と、この制御軸に一体に設けられた制御プレートと、この制御プレートのスリットに先端部のピンが滑動可能に連結された往復子と、この往復子の基端部ねじ部に噛合し定位置回転により該往復子を軸方向に移動させて内燃機関圧縮比を変化させる回転駆動源とを備え、前記制御軸が最大・最少の作動角以上において前記制御プレートが当接するストッパを設けたものである。【選択図】        図２
2006189004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンのピストンピンとクランクシャフトのクランクピンとを連結する複数のリンクと、偏心カムが設けられ前記クランクシャフトと平行に配設された制御軸と、前記複数のリンクの一つに一端が連結されるとともに、前記偏心カムに他端が連結された制御リンクと、前記制御軸に一体に設けられた制御プレートと、この制御プレートのスリットに先端部のピンが滑動可能に連結された往復子と、この往復子の基端部ねじ部に噛合する回転子と、この回転子の回転で前記往復子を軸方向に移動させて前記制御軸を回動させ、その制御軸の回動によって前記ピストン位置を変化させて内燃機関圧縮比を変える回転駆動源と、前記制御軸が最大・最少の作動角以上において前記制御プレートが当接する下記の式よりに求められる制御軸の回動角θ以上の位置に設けるストッパとを備えた内燃機関圧縮比可変機構。
記
ｔａｎ−１（ｐ／πｄ）＋ｔａｎ−１μ≦θ
μ：摩擦係数
ｐ：ねじピッチ
ｄ：ねじ径
θ：制御軸のフォークと垂直軸とがなす角
【請求項２】
ストッパは、内燃機関側に設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関圧縮比可変機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば自動車のエンジンなど、内燃機関の圧縮比を連続的に変化させる内燃機関可変圧縮比機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンにおいては、一般に、エンジンに加わる負荷が低い場合にはそのシリンダ内に吸入される燃料の量が少ないので、ピストンが上死点近傍に位置するときのシリンダ内の温度や圧力は低く、燃焼の安定性が低下する。そのため、圧縮比を高めて燃焼の安定性を向上させると共に、膨張比を高めて熱効率を向上させ、燃料消費量の低減を図っている。一方、エンジンに加わる負荷が高くなると、シリンダ内に吸入される燃料の量が多くなり、シリンダ内の温度も上昇し、ノッキングが発生する。このノッキングを防止するために、エンジンの負荷が小さいときに圧縮比を高くし、エンジンの負荷が大きいときに圧縮比を低く制御する圧縮比可変機構が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この圧縮比可変機構では、クランクシャフトのクランクピンに回転可能にロアーリンクを取り付け、一端がピストンピンに連係するアッパーリンクの他端をロアーリンクの一部に連係させ、偏心カムを有する制御軸をクランクシャフトと平行に配置し、一端がロアーリンクの他部に連係する制御リンクの他端を制御軸の偏心カムに連係させ、往復子により制御軸を所定の回転範囲で回転駆動し圧縮比を制御できるようにしている。ここで用いられる往復子は、その基端部のねじに噛合する回転駆動源により回転駆動されることにより、回転運動を軸線方向の直線運動に変換し、この往復子の直線運動を制御軸の回動運動に変換して内燃機関の圧縮比を変化させる。
【０００４】
内燃機関の省燃費のためには、往復子の駆動系全体としての低消費電力化は勿論、往復子の動作を必要としない保持モード時（圧縮比固定）には無通電または微小通電にて保持させることが効果大である。保持モード時においては内燃機関の圧縮比は固定であるため、往復子の動きとしては動作不要であるが、内燃機関のシリンダにおける爆発力による反力を受けるため、圧縮比保持に保持力が必要である。このとき往復子は往復子のねじリードを自己保持可能に設定し、不可逆変化とすることにより保持モード時において省電力状態を達成可能としている。
【０００５】
しかし、制御軸からの反力等の外力によりモーターが逆駆動されないようなねじリードを設定している場合で、かつ制御軸に動作範囲固定用のストッパがある場合は、往復子の作動範囲内でストッパに当接した場合には、往復子がねじ作用によってロックし動作不能となる。このため、ロック状態回避策としては最大動作角以上に動作させずストッパに当接させない。
【０００６】
または、雌ネジ部材と移動規制部材の間にスラスト転がり軸受けを介装し、このスラスト転がり軸受けが雌ネジ部材と移動規制部材の圧着圧力を相対回転を許容しつつ受け止め、当接してもロックさせない構造とすることが考えられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１３８８６７号公報（図１）
【特許文献２】特開平８−２６８６９１号公報（図１〜図３、［０００６］、［００１８］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の内燃機関の可変圧縮比機構は上記のように構成されているので、往復子がねじロックする恐れがあり、このねじロックを回避するために、動作範囲を限定してストッパに当接させない構造では、万が一当接させた場合は即不良となってしまうためにその保証方法等や基準位置となるストッパに当接させないで内燃機関と往復子との初期位置を出し接合させる方法等の問題があり、現実解としては難しい状況である。また、雌ネジ部材と移動規制部材の間にスラスト転がり軸受けを介装する構造では、構成が複雑になるとともに内燃機関から加わる大きな外力に耐える構成とすることが困難であるという課題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、圧縮比可変用制御軸の作動角によって往復子のねじリード角を規定することにより、特別な部材を用いることなく、制御軸が最大・最少の作動角以上作動したときにおける往復子のロック状態を回避することが可能な内燃機関の可変圧縮比機構を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る内燃機関の可変圧縮比機構は、ピストンのピストンピンとクランクシャフトのクランクピンとを連結する複数のリンクと、偏心カムが設けられ前記クランクシャフトと平行に配設された制御軸と、前記複数のリンクの一つに一端が連結されるとともに、前記偏心カムに他端が連結された制御リンクと、前記制御軸に一体に設けられた制御プレートと、この制御プレートのスリットに先端部のピンが滑動可能に連結された往復子と、この往復子の基端部ねじ部に噛合する回転子と、この回転子の回転で前記往復子を軸方向に移動させて前記制御軸を回動させ、その制御軸の回動によって前記ピストン位置を変化させて内燃機関圧縮比を変える回転駆動源とを備え、ｔａｎ−１（ｐ／πｄ）＋ｔａｎ−１μ≦θの式により求められる制御軸の回動角θ以上の位置に設けるストッパは、前記制御軸が最大・最少の作動角以上において前記制御プレートが当接する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、制御軸が最大・最少の作動角以上において、制御軸と一体の制御プレートがストッパに当接するように構成したので、この当接時には制御プレートは傾斜して、往復子のねじリード角に制御プレートの作動角θが加算されたことになる。この結果、往復子のねじリード角を自己保持可能に設定していても、制御プレートがストッパに当接することにより該制御プレートの作動角θが加算されて、ねじリード角を自己保持可能な角度以上とすることになり、特別な部材等を用いることなく、ねじロックを確実に回避することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は内燃機関の圧縮比可変機構を示す縦断説明図である。シリンダブロック１には円筒状のシリンダ２が形成されており、その内部にはピストン３が昇降可能に配置されている。ピストン３のピストンピン４とクランクシャフト５のクランクピン６とは、複リンク式の圧縮比可変機構を介して機械的に連携されている。この圧縮比可変機構は、クランクピン６に相対回転可能に外嵌するロアーリンク７、このロアーリンク７とピストンピン４とを連携するアッパーリンク８、クランクシャフト５と平行に複数設けてあるシリンダの列方向に延びる制御軸９、この制御軸９に偏心して設けられた偏心カム１０、この偏心カム１０とロアーリンク７とを連携する制御リンク１１、制御軸９を所定の制御範囲で回転駆動すると共に所定の回転位置に保持する往復子２０（図２に示すもの）とを備えている。
【００１３】
アッパーリンク８の上端部はピストンピン４に相対回転可能に連結され、下端部が連結ピン１２を介してロアーリンク７に相対回転可能に連結されている。制御リンク１１の一端は連結ピン１３を介してロアーリンク７に相対回転可能に連結され、他端は偏心カム１０に相対回転可能に外嵌されている。制御軸９に設けられている制御プレート１４のスリット１５には往復子２０のピン２０ａが滑動可能に係合されている。往復子２０で調整されるピン２０ａの位置により連携機構の姿勢が決められ、ピストン３の上方に形成される燃焼室の圧縮比が制御されるように動作する。図１で、矢印Ａ１〜Ａ７は、内燃機関の燃焼動作時の変動荷重に起因して各部に加わる力の方向と流れを表わしたものである。
【００１４】
図２は上記の往復子２０の駆動機構の外観構成を示す正面図である。図において、往復子２０を内蔵したハウジング２１の端面にボルト２４で結合されたケース２２、このケース２２の端面にボルト２５で結合されたカバー２３および該ケースの一端に取り付けられた駆動源としての電動モータ３０とで構成されている。往復子２０は、ハウジング２１から露出した他端部に取り付けられたピン２０ａを有し、そのスライド頭部が制御プレート１４のスリット１５に滑動可能に係合している。制御プレート１４は、ピン２０ａが軸線方向に移動すると制御軸９を中心として回動され、その動きが図１に示すように連係機構を介してピストン３に伝えられ、ピストン３の上方に形成される燃焼室の圧縮比を制御するようになっている。構造上、往復子２０は連係機構を介して内燃機関の本来の動きによって生じる交番荷重を受けやすい状態におかれる。
【００１５】
図３は往復子２０の駆動機構の内部構造を示す縦断説明図である。駆動源としての電動モータ３０のモータピニオン軸３２に設けられた歯車３３から回転駆動力を伝達する回転駆動力伝達手段としての３つの歯車３４，３５および３６と、この歯車３６の内面に形成され、かつ上記往復子２０の雄ねじ３７に螺合する雌ねじ（回転力伝達手段）３８とから往復子２０の駆動機構が構成されている。
【００１６】
往復子２０は略円筒状のハウジング２１内に摺動可能に配置されており、このハウジング２１の端面にボルト２４で結合されたケース２２と該ケースの端面にボルト２５で結合されたカバー２３との間に形成された空間２６には、電動モータ３０のモータピニオン軸３２に設けられた歯車３３、回転駆動力伝達手段としての３つの歯車３４，３５および３６が収納されている。また、カバー２３には往復子２０の他端側の収納が可能な内空間２７が形成されている。更に、カバー２３の一部には電動モータ３０のモータピニオン軸３２の貫通を受け入れる開口部２８が形成されており、この開口部を中心としたカバー２３の外面に上記電動モータ３０がボルト等の締結部材（図示せず）で固定されている。
【００１７】
そして、制御軸９の中心を通る鉛直軸０−０に対し左右の最大・最少の作動角θ以上において制御プレート１４が当接するように内燃機関側にストッパ３９が設けられている。このストッパ３９は、下記の式よりに求められる制御軸９と一体の制御プレート１４の作動角以上の位置に設けられている。
記
ｔａｎ−１（ｐ／πｄ）＋ｔａｎ−１μ≦θ
μ：摩擦係数
ｐ：ねじピッチ
ｄ：ねじ径
θ：制御軸のフォークと垂直軸とがなす角
【００１８】
図示例は、制御軸９の中心を通る鉛直軸０−０に対し、左右４５°、つまり制御軸９の作動角９０°の最大作動角位置と最少作動角位置にストッパ３９を設けているが、実験結果によると、鉛直軸０−０に対し、左右４５°以上５２．８°の任意の位置にストッパ３９を設けることにより、確実にねじロックを回避することができた。
【００１９】
次に動作について説明する。
電動モータ３０が回転駆動すると、その回転力はモータピニオン軸３２の歯車３３に噛合した中間歯車３４，３５により減速して歯車３６に回転力が伝達される。この場合、歯車３６はケース２２やカバー２３内の定位置で不図示の軸受けにより回転可能に支持されているので、この歯車３６の回転は、その内周に螺合する往復子２０を軸方向に直線運動させ、ハウジング２１に対して、図４に示すようにせり出すか、あるいは図３に示すように引き込まれるように可動することになる。この直線運動は、往復子２０の先端にあるピン２０ａが制御プレート１４のスリット１５内を滑動することにより該制御プレートつまり制御軸９の回転運動に変換される。このことにより、複数のリンクと連結ピンを介してシリンダ２内のピストン３の高さ位置を変化させ、内燃機関の圧縮比を連続的に変化可能とすることになる。
【００２０】
往復子２０は、初期位置を出すために、制御軸９と一体の制御プレート１４をストッパ３９に当接させるまで作動させるが、このストッパ位置は制御軸９が最大・最少の作動角θ以上であり、制御プレート１４は傾斜した状態でストッパ３９に当接する。この当接時には制御プレート１４は傾斜しており、図３，５に示す往復子２０のねじリード角βに制御プレートの回動角度θが加算されたことになる。この結果、制御軸９の作動角θによって往復子２０のねじリード角βを規定することにより、往復子２０のねじリード角βを自己保持可能に設定していても、制御プレート１４がストッパ３９に当接することにより該制御プレートの作動角θが加算されて、ねじリード角を自己保持可能な角度以上とすることになり、ねじロックを確実に回避することができる。
図５は図４の補助説明図であり、図５（１）は制御プレート１４を最小の作動角θ以上に作動させた場合、図５（２）は制御プレート１４を最大の作動角θ以上に作動させた場合、図５（３）は制御プレート１４を軸線より垂直状態（θ＝０）に作動させた場合のねじリード角の状態図である。
【００２１】
以上のように、この実施の形態１によれば、往復子２０のねじリード角を内燃機関からの反力を受ける自己保持可能な角度としていても、特別な部品構成を必要とすることなく、確実にねじロックを回避することができる。また、制御プレート１４を当接させるストッパ３９を内燃機関側に設けたので、内燃機関側からの大きな力が加えられても破損の恐れがない。若し、往復子側にストッパを設けた場合は、内燃機関側からの大きな力が加えられるので、往復子側の強度を大きくする必要がある。内燃機関のピストンの作動量に誤差を生じやすい。往復子に加工精度を要求されることになる。更に、制御プレート１４は制御軸９が最大・最少の作動角θ以上回動した傾斜状態でストッパに当接するので、内燃機関側からの力が直接往復子に加わることがなく、往復子の損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の内燃機関の圧縮比可変機構を示す縦断説明図である。
【図２】往復子の駆動機構の外観構成を示す正面図である。
【図３】往復子の駆動機構の内部構造を示す縦断説明図である。
【図４】制御プレートが傾斜状態でストッパに当接するときのねじリード角の説明図である。
【図５】制御プレートが最小・最大・軸線より垂直状態（θ＝０）におけるねじリード角の状態図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  シリンダブロック、２  シリンダ、３  ピストン、４  ピストンピン、５  クランクシャフト、６  クランクピン、７  ロアーリンク、８  アッパーリンク、９  制御軸、１０  偏心カム、１１  制御リンク、１２，１３  連結ピン、１４  制御プレート、１５スリット、２０  往復子、２０ａ  ピン。
【図１】
2006189004.tif 000003
【図２】
2006189004.tif 000004
【図３】
2006189004.tif 000005
【図４】
2006189004.tif 000006
【図５】
2006189004.tif 000007